《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》習(xí)題集

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《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》習(xí)題集 第1章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及材料的物理力學(xué)性能 1-1、配置在混凝土梁截面受拉區(qū)鋼筋的作用是什么？ 答：配置在混凝土梁截面受拉區(qū)的鋼筋作用是代替混凝土受拉。鋼筋混凝土梁承受的荷載較大時(shí)，梁的受拉區(qū)會(huì)出現(xiàn)裂縫。在出現(xiàn)裂縫的截面處，受拉區(qū)混凝土退出工作，鋼筋可承擔(dān)幾乎全部的拉力。鋼筋混凝土梁能繼續(xù)承受荷載作用，直至受拉鋼筋的應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度，繼而截面受壓區(qū)的混凝土也被壓碎，梁才破壞。因此，鋼筋混凝土梁是充分利用混凝土的抗壓強(qiáng)度和鋼筋的抗拉強(qiáng)度。 1-2、試解釋以下名詞：混凝土立方體抗壓強(qiáng)度；混凝土軸心抗壓強(qiáng)度；混凝土抗拉強(qiáng)度；混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度。 答： 混凝土立方體抗壓強(qiáng)度是按規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試件和標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法得到的混凝土強(qiáng)度基本代表值。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081-2002）規(guī)定以每邊邊長(zhǎng)為150mm的立方體為標(biāo)準(zhǔn)試件，在20℃2℃的溫度和相對(duì)濕度在95%以上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28d，依照標(biāo)準(zhǔn)制作方法和試驗(yàn)方法測(cè)得的抗壓強(qiáng)度值（以MPa為單位）作為混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度，用符號(hào)表示。 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度（棱柱體抗壓強(qiáng)度）：按照與立方體試件相同條件下制作和試驗(yàn)方法所得的棱柱體試件的抗壓強(qiáng)度值，稱為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度，用符號(hào)表示。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081-2002）規(guī)定，混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)以150mm150mm300mm。 混凝土抗拉強(qiáng)度可采用在兩端預(yù)埋鋼筋的混凝土棱柱體，試驗(yàn)時(shí)用試驗(yàn)機(jī)的夾具加緊試件的兩端外伸的鋼筋施加拉力，破壞時(shí)試件在沒(méi)有鋼筋的中部截面被拉斷，其平均拉應(yīng)力即為混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度。目前國(guó)內(nèi)外常采用立方體或圓柱體的劈裂試驗(yàn)來(lái)測(cè)定混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度。 混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度：我國(guó)交通部頒布標(biāo)準(zhǔn)《公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定，采用150mm立方塊作為標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度測(cè)定，按照規(guī)定是試驗(yàn)方法操作，則混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度按下式：。 式中　—— 混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度（MPa）；P—— 破壞荷載（N）；A—— 試件劈裂面面積（mm2）。 采用上述試驗(yàn)方法測(cè)得的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度值換算成軸心抗拉強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)乘以換算系數(shù)0.9，即。 1-3 1-4什么是混凝土的線性徐變？什么是混凝土的非線性徐變？影響徐變的主要因素有哪些？ 答：線性徐變 就是時(shí)間和變形量成正比 比例為常數(shù)C。非線性徐變就是 時(shí)間和變形量成正比 比例為某一變量。影響混凝土徐變變形的因素主要有：①水泥用量越大（水灰比一定時(shí)），徐變?cè)酱?。②W/C越小，徐變?cè)叫?。③齡期長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)致密、強(qiáng)度高，則徐變小。④骨料用量多，彈性模量高，級(jí)配好，最大粒徑大，則徐變小。⑤應(yīng)力水平越高，徐變?cè)酱?。此外還與試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力種類、試件尺寸、溫度等有關(guān)。 1-5、混凝土的徐變和收縮變形都是隨時(shí)間而增長(zhǎng)的變形，兩者有何不同之處？ 答：在荷載的長(zhǎng)期作用下，混凝土的變形將隨時(shí)間而增加，即在應(yīng)力不變的情況下，混凝土的應(yīng)變隨時(shí)間繼續(xù)增長(zhǎng)，這種現(xiàn)象被稱為混凝土的徐變?；炷列熳兊闹饕蚴窃诤奢d長(zhǎng)期作用下，混凝土凝膠體中的水分逐漸壓出，水泥石逐漸發(fā)生粘性流動(dòng)，微細(xì)空隙逐漸閉合，結(jié)晶體內(nèi)部逐漸滑動(dòng)，微細(xì)裂縫逐漸發(fā)生等各種因素的綜合結(jié)果。 在混凝土凝結(jié)核硬化的物理過(guò)程中體積隨時(shí)間推移而減小的現(xiàn)象稱為收縮。引起混凝土收縮的原因，主要是硬化初期水泥石在水化凝固結(jié)硬過(guò)程中產(chǎn)生的體積變化，后期主要是混凝土內(nèi)自由水分蒸發(fā)而引起的干縮。 1-6、公路橋梁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采用普通熱軋鋼筋的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線有什么特點(diǎn)？《公路橋規(guī)》規(guī)定使用的普通熱軋鋼筋有哪些強(qiáng)度級(jí)別？強(qiáng)度等級(jí)代號(hào)分別是什么？ 答：普通熱軋鋼筋的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線有明顯流幅。在達(dá)到比例極限a之前，材料處于彈性階段，應(yīng)力與應(yīng)變的比值為常數(shù)，即為鋼筋的彈性模量。此后應(yīng)變比應(yīng)力增加快，達(dá)到b點(diǎn)進(jìn)入屈服階段，即應(yīng)力不增加，應(yīng)變卻繼續(xù)增加很多，應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖形接近水平線，稱為屈服臺(tái)階（或流幅）。通常取屈服下限為屈服強(qiáng)度。過(guò)了d點(diǎn)后，材料又恢復(fù)部分彈性進(jìn)入強(qiáng)化階段，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系表現(xiàn)為上升的曲線，達(dá)到曲線最高點(diǎn)e，e點(diǎn)的應(yīng)力稱為極限強(qiáng)度，過(guò)了e點(diǎn)后，試件的薄弱處發(fā)生局部“頸縮”現(xiàn)象，應(yīng)力開(kāi)始下降，應(yīng)變?nèi)岳^續(xù)增加，到f點(diǎn)后發(fā)生斷裂，f點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變稱為伸長(zhǎng)率.。 《公路橋規(guī)》規(guī)定使用的普通熱軋鋼筋有哪些強(qiáng)度級(jí)別跟強(qiáng)度等級(jí)代號(hào)如下表： 品種 強(qiáng)度等級(jí) 直徑 屈服強(qiáng)度 外形 強(qiáng)度級(jí)別 光圓鋼筋 Ⅰ R235(HPB235) 8-20 235 帶肋鋼筋 Ⅱ HRB335 6-50 335 Ⅲ HRB400 6-50 400 KL400(RRB400) 8-40 400 1-7、什么是鋼筋和混凝土之間粘結(jié)應(yīng)力和粘結(jié)強(qiáng)度？為保證鋼筋和混凝土之間有足夠的粘結(jié)力要采取哪些措施？ 答：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋和混凝土之間具有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度，能承受由于變形差（相對(duì)滑移）沿鋼筋與混凝土接觸面上產(chǎn)生的剪應(yīng)力，通常稱這種剪應(yīng)力為粘結(jié)應(yīng)力。 在實(shí)際工程中，通常以拔出試驗(yàn)中粘結(jié)失效（鋼筋被拔出，或者混凝土被劈裂）時(shí)的最大平均粘結(jié)應(yīng)力作為鋼筋和混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。平均粘結(jié)應(yīng)力計(jì)算式為：，式中，——拉拔力；——鋼筋直徑；——鋼筋埋置長(zhǎng)度。 為保證鋼筋和混凝土之間有足夠的粘結(jié)力要采取的措施有：提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí)；將鋼筋處于適當(dāng)位置；保證鋼筋凈距；保證混凝土保護(hù)層厚度；選用帶肋鋼筋。 第2章 結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)計(jì)算的原則 2-1、橋梁結(jié)構(gòu)的功能包括哪幾方面的內(nèi)容？何謂結(jié)構(gòu)的可靠性？ 答：橋梁結(jié)構(gòu)的功能包括：1）承載能力，結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受在正常施工和正常使用期間可能出現(xiàn)的各種荷載、外加變形、約束變形等的作用；2)適用性，結(jié)構(gòu)在正常使用條件下具有良好的工作性能；３）耐久性，結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護(hù)的條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，具有足夠的耐久性；４）穩(wěn)定性，在偶然荷載（如地震、強(qiáng)風(fēng)）作用下或偶然事件（如爆炸）發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，結(jié)構(gòu)仍能保持整體穩(wěn)定性，不發(fā)生倒塌。 結(jié)構(gòu)的可靠性為結(jié)構(gòu)的安全性，適用性和耐久性三者的總稱。 2-2、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期和使用壽命有何區(qū)別？ 答：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期是在進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠性分析時(shí)，考慮持久設(shè)計(jì)狀況下各項(xiàng)基本變量與時(shí)間關(guān)系所采用的基準(zhǔn)時(shí)間參數(shù)，可參考結(jié)構(gòu)使用壽命的要求適當(dāng)選定，但不能將設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期簡(jiǎn)單地理解為結(jié)構(gòu)的使用壽命。兩者是有聯(lián)系的，然而又不完全相同。當(dāng)結(jié)構(gòu)的使用年限超過(guò)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期時(shí)，表明它的失效概率可能會(huì)增大，不能保證其目標(biāo)可靠指標(biāo)，但不等于結(jié)構(gòu)喪失所要求的功能甚至報(bào)廢。一般來(lái)說(shuō)，使用壽命長(zhǎng)，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期也可以長(zhǎng)一些，使用壽命短，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期應(yīng)短一些。通常設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期應(yīng)小于壽命期，而不應(yīng)大于壽命期。 2-3 什么叫極限狀態(tài)？我國(guó)《公路橋規(guī)》規(guī)定了哪兒類結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)？ 答：當(dāng)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一種特定而不能呢個(gè)滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)，則此特定狀態(tài)陳偉該功能的極限狀態(tài)。 極限狀態(tài)分為乳如下三類：1.承載能力極限狀態(tài)。2.正常使用極限狀態(tài)。3.“破壞——安全”極限狀態(tài)。 2-4試解釋以下名詞：作用 直接作用 間接作用 抗力 答：作用：作用為施加在結(jié)構(gòu)上的一組力或引起結(jié)構(gòu)變形的原因。直接作用:施加在結(jié)構(gòu)上的一組集中力或分布力；間接作用：引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因；抗力：結(jié)構(gòu)構(gòu)件或材料承受作用效應(yīng)的能力。 2-5 我國(guó)《公路橋規(guī)》規(guī)定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)哪三種情況？ 答：我國(guó)《公路橋規(guī)》規(guī)定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三種情況：持久情況、短暫情況和偶然情況。 2-6結(jié)構(gòu)承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算的原則是什么？ 答：《公路橋規(guī)》規(guī)定按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)各自的情況選用基本組合和偶然組合中的一種或兩種做效應(yīng)組合，按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，選用以下一種或兩種效應(yīng)組合（1）作用短期效應(yīng)組合是永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)組合（2）作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合是永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用準(zhǔn)永久值效應(yīng)相組合。 2-7：什么叫材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值？ 答：1)材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值:材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是材料強(qiáng)度的一種特征值，也是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件時(shí)采用的材料強(qiáng)度的基本代表值。2)材料強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值:材料強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值是材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料性能分項(xiàng)系數(shù)后的值。 2-8 作用分為幾類？什么叫作用的標(biāo)準(zhǔn)值，可變作用的準(zhǔn)永久值，可變作用的頻遇值？ 答：作用分為：永久作用；可變作用；偶然作用。 作用的標(biāo)準(zhǔn)值是結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，采用的各種作用的基本代表值。 可變作用的準(zhǔn)永久值指在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期間，可變作用超越的總時(shí)間約為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期一半的作用值。它是對(duì)在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常出現(xiàn)的且量值較小的荷載作用取值。 可變作用的頻遇值指在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期間，可變作用超越的總時(shí)間為規(guī)定的較小比率或超越次數(shù)為規(guī)定次數(shù)的作用值。它是指結(jié)構(gòu)上比較頻繁出現(xiàn)的且量值較大的荷載作用取值。 第三章 受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算 3-1試比較圖3-4和3-5，說(shuō)明鋼筋混凝土板與鋼筋混凝土梁鋼筋布置的特點(diǎn)。 答：鋼筋混凝土板的鋼筋布置特點(diǎn)：?jiǎn)蜗虬鍍?nèi)主鋼筋沿板的跨度方向(短邊方向)布置在板的受拉區(qū)，鋼筋數(shù)量由計(jì)算決定。在板內(nèi)應(yīng)設(shè)置垂直于板受力鋼筋的分布鋼筋。分布鋼筋是在主鋼筋上按一定間距設(shè)置的連接用橫向鋼筋，屬于構(gòu)造配置鋼筋，即其數(shù)量不通過(guò)計(jì)算，而是按照設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定選擇的?！豆窐蛞?guī)》規(guī)定，行車道板內(nèi)分布鋼筋直徑不小于8mm，其間距應(yīng)不大于200mm，截面面積不宜小于板截面面積的0.1％。在所有主鋼筋的彎折處，均應(yīng)設(shè)置分布鋼筋。人行道板內(nèi)分布鋼筋直徑不應(yīng)小于6mm，其間距不應(yīng)大于200mm。對(duì)于周邊支承的雙向板，板的兩個(gè)方向同時(shí)承受彎矩，所以兩個(gè)方向均應(yīng)設(shè)置主鋼筋。 鋼筋混凝土梁的鋼筋布置特點(diǎn)：梁內(nèi)的鋼筋有縱向受拉鋼筋、彎起鋼筋或斜鋼筋、箍筋、架立鋼筋和水平縱向鋼筋等。梁內(nèi)的鋼筋常常采用骨架形式，一般分為綁扎鋼筋骨架和焊接鋼筋骨架兩種形式。梁內(nèi)縱向受拉鋼筋的數(shù)量由計(jì)算決定。可選擇的鋼筋直徑一般為（12~32）mm，通常不得超過(guò)40mm。在同一根梁內(nèi)主鋼筋宜用相同直徑的鋼筋，當(dāng)選用兩種以上直徑的鋼筋時(shí)，為了便于施工識(shí)別，直徑間應(yīng)相差2mm以上。綁扎鋼筋骨架中，各主鋼筋的凈距或?qū)优c層間的凈距：當(dāng)鋼筋為三層或三層以下時(shí)，應(yīng)不小于30mm，并不小于主鋼筋直徑d；當(dāng)為三層以上時(shí)，不小于40mm或主鋼筋直徑d的1.25倍。焊接鋼筋骨架中，多層主鋼筋是豎向不留空隙用焊縫連接，鋼筋層數(shù)一般不宜超過(guò)6層。梁內(nèi)彎起鋼筋是由主鋼筋按規(guī)定的部位和角度彎至梁上部后，并滿足錨固要求的鋼筋；斜鋼筋是專門設(shè)置的斜向鋼筋，它們的設(shè)置及數(shù)量均由抗剪計(jì)算確定。梁內(nèi)箍筋是沿梁縱向按一定間距配置并箍住縱向鋼筋的橫向鋼筋。架立鋼筋和沿梁高的兩側(cè)面呈水平方向布置的水平縱向鋼筋，均為梁內(nèi)構(gòu)造鋼筋。 3-2 什么叫受彎構(gòu)件縱向受拉鋼筋的配筋率？配筋率的表達(dá)式中，h0含義是什么？ 答：配筋率是指所配置的鋼筋截面面積與規(guī)定的混凝土截面面積的比值（化為百分比表達(dá)）。h0表示截面有效高度。 3-3為什么鋼筋要有足夠的混凝土保護(hù)層厚度？鋼筋的最小混凝土保護(hù)層厚度的選擇應(yīng)考慮哪些因素？ 答：1）設(shè)置保護(hù)層 是為了保護(hù)鋼筋不直接受到大氣的侵蝕和其它環(huán)境因素作用們也是為了保證鋼筋和混凝土有良好的粘結(jié)。2）鋼筋的最小混凝土保護(hù)層厚度應(yīng)不小于鋼筋的公稱直徑，且應(yīng)符合附表1-8的規(guī)定值。 3-4 參照?qǐng)D3-7，試說(shuō)明規(guī)定各主鋼筋橫向凈距和層與層之間的豎向凈距的原因 答：1）為了保證鋼筋和混凝土之間的握裹力；2）保證混凝土的澆注質(zhì)量。 3-5 鋼筋混凝土適筋梁正截面受力全過(guò)程可劃分為幾個(gè)階段？各階段受力主要特點(diǎn)是什么？ 答：全過(guò)程可劃分為三個(gè)階段，這三個(gè)階段是：第Ⅰ階段，梁沒(méi)有裂縫；第Ⅱ階段，梁帶有裂縫工作；第Ⅲ階段，裂縫急劇開(kāi)展，縱向受力鋼筋應(yīng)力維持在屈服強(qiáng)度不變。 第Ⅰ階段：梁混凝土全截面工作，混凝土的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力基本上都呈三角形分布?？v向鋼筋承受拉應(yīng)力?；炷撂幱趶椥怨ぷ麟A段，即應(yīng)力與應(yīng)變成正比。 第Ⅰ階段末：混凝土受壓區(qū)的應(yīng)力基本上仍是三角形分布。但由于受拉區(qū)混凝土塑性變形的發(fā)展，拉應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)較快，根據(jù)混凝土受拉時(shí)的應(yīng)力—應(yīng)變圖曲線[圖3-12c )]，拉區(qū)混凝土的應(yīng)力圖形為曲線形。這時(shí)，手拉邊緣混凝土的拉應(yīng)變臨近極限拉應(yīng)變，拉應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度，表示裂縫即將出現(xiàn)，梁截面上作用的彎矩用Mcr表示。 第Ⅱ階段：荷載作用彎矩到達(dá)Mcr后，在梁混凝土抗拉強(qiáng)度最弱截面上出現(xiàn)了第一批裂縫。這時(shí)，在有裂縫的截面上，拉區(qū)混凝土退出工作，把它原承擔(dān)的拉力轉(zhuǎn)給了鋼筋，發(fā)生了明顯的應(yīng)力重分布，鋼筋的拉應(yīng)力隨荷載的增加而增加；混凝土的壓應(yīng)力不再是三角形分布，而形成微曲的曲線形，中和軸位置向上移動(dòng)。 第Ⅱ階段末：鋼筋拉應(yīng)變達(dá)到屈服時(shí)的應(yīng)變值，表示鋼筋應(yīng)力達(dá)到其屈服強(qiáng)度，第Ⅱ階段結(jié)束。 第Ⅲ階段：在這個(gè)階段里，鋼筋的拉應(yīng)變?cè)黾雍芸欤摻畹睦瓚?yīng)力一般仍維持在屈服強(qiáng)度不變（對(duì)具有明顯流幅的鋼筋）。這時(shí)，裂縫急劇開(kāi)展，中和軸繼續(xù)上升，混凝土受壓區(qū)不斷縮小，壓應(yīng)力也不斷增大，壓應(yīng)力圖成為明顯的豐滿曲線形。 第Ⅲ階段末：這時(shí)，截面受壓上邊緣的混凝土壓應(yīng)變達(dá)到其極限壓應(yīng)變值，壓應(yīng)力圖呈明顯曲線形，并且最大壓應(yīng)力已不在上邊緣而是在距上邊緣稍下處，這都是混凝土受壓時(shí)的應(yīng)力—應(yīng)變圖所決定的。在第Ⅲ階段末，壓區(qū)混凝土的抗壓強(qiáng)度耗盡，在臨界裂縫兩側(cè)的一定區(qū)段內(nèi)，壓區(qū)混凝土出現(xiàn)縱向水平裂縫，隨即混凝土被壓碎，梁破壞，在這個(gè)階段，縱向鋼筋的拉應(yīng)力仍維持在屈服強(qiáng)度。 受力特點(diǎn)為：1）鋼筋混凝土梁的截面正應(yīng)力狀態(tài)隨著荷載的增大不僅有數(shù)量上的變化，而且有性質(zhì)上的改變—應(yīng)力分布圖形改變。不同的受力階段，中和軸的位置及內(nèi)力偶臂也是有所不同的，因此，無(wú)論壓區(qū)混凝土的應(yīng)力或是縱向受拉鋼筋的應(yīng)力，不像彈性勻質(zhì)材料梁那樣完全與彎矩成比例。2）梁的大部分工作階段中，受拉區(qū)混凝土已開(kāi)裂。隨著裂縫的開(kāi)展，壓區(qū)混凝土塑性變形也不完全服從彈性勻質(zhì)梁所具有的比例關(guān)系。 3-6 什么叫鋼筋混凝土少筋梁，適筋梁和超筋梁？各自有什么樣的破壞形態(tài)？為什么把少筋梁和超筋梁都稱為脆性破壞？ 答：梁中的實(shí)際配筋率ρ小于ρmin 時(shí)，梁受拉區(qū)混凝土一開(kāi)裂，受拉鋼筋達(dá)到屈服點(diǎn)，并迅速經(jīng)過(guò)整個(gè)流幅而進(jìn)入強(qiáng)化階段，梁僅出現(xiàn)一條集中裂縫，不僅寬度較大，而且沿梁高延伸很高，此時(shí)受壓區(qū)混凝土還未壓壞，而裂縫寬度已很寬，撓度過(guò)大，鋼筋甚至被拉斷。把具有這種破壞形態(tài)的梁稱為少筋梁；適筋梁的配筋率適中，其破壞始于受拉鋼筋屈服，構(gòu)件破壞之前有明顯征兆，屬于塑性破壞。換句話說(shuō)當(dāng)縱向配筋率適中時(shí)，縱向鋼筋的屈服先于受壓區(qū)混凝土被壓碎，梁是因鋼筋受拉屈服而逐漸破壞的，破壞過(guò)程較長(zhǎng)，有一定的延性，稱之為適筋破壞 ，相應(yīng)的梁稱為適筋梁; 配筋率過(guò)高的鋼筋混凝土梁稱為超筋梁。其破壞始于受壓區(qū)混凝土被先壓碎。當(dāng)鋼筋混凝土梁內(nèi)鋼筋配置多到一定程度時(shí)，鋼筋抗拉能力就過(guò)強(qiáng)，而作用（荷載）的增加，使受壓混凝土應(yīng)力首先達(dá)到抗壓強(qiáng)度極限值，混凝土即被壓碎，導(dǎo)致梁的破壞。（1）少筋梁破壞形態(tài)：構(gòu)件一裂就壞，無(wú)征兆，為“脆性破壞”。未能充分利用混凝土的抗壓強(qiáng)度。(2) 適筋破壞形態(tài)：受拉鋼筋先屈服，受壓區(qū)混凝土后壓壞，破壞前有明顯預(yù)兆——裂縫、變形急劇發(fā)展，為“塑性破壞”。 (3) 超筋破壞形態(tài)：受壓區(qū)混凝土先壓碎，鋼筋不屈服，破壞前沒(méi)有明顯預(yù)兆，為“脆性破壞”。鋼筋的抗拉強(qiáng)度沒(méi)有被充分利用。 少筋梁和超筋梁都是是在沒(méi)有明顯預(yù)兆情況下由于受壓區(qū)混凝土突然壓碎而被破壞，故習(xí)慣上稱為“脆性破壞”。 3-7鋼筋混凝土適筋粱當(dāng)受拉鋼筋屈服后能否在增加荷載？為什么？少筋梁能否這樣？ 答：（1）能。（2）適筋截面受彎構(gòu)件破壞于受拉區(qū)鋼筋屈服，經(jīng)歷一段變形過(guò)程后壓區(qū)邊緣混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變后破壞。（3）不能。 3-8 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算有哪些基本假定？其中的“平截面假定”與均質(zhì)彈性材料（例如鋼）受彎構(gòu)件計(jì)算的平截面假定情況有何不同？ 答：1）平截面假定；2）不考慮混凝土的抗拉強(qiáng)度；3）材料應(yīng)力應(yīng)變物理關(guān)系。平截面假定是材料力學(xué)中的一個(gè)變形假設(shè)。內(nèi)容：垂直于桿件軸線的各平截面（即桿的橫截面）在桿件受拉伸、壓縮或純彎曲而變形后仍然為平面，并且同變形后的桿件軸線垂直。 這的“平截面假定”是近似的，它與實(shí)際情況或多或少存在某些差距，大事，分析表明，由此而引起的誤差是不大的，完全能符合工程計(jì)算的要求。同時(shí)，它為鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算提供了變形協(xié)調(diào)的集合關(guān)系，可加強(qiáng)計(jì)算方法的邏輯性和條理性，使計(jì)算公式具有更明確的物理意義。 均質(zhì)彈性材料的平截面假定是假定構(gòu)建受力變形后，截面仍然為平面，理論上平截面假定只適用于連續(xù)勻質(zhì)彈性材料的構(gòu)件。而不是上述的近似假設(shè)，是種理想狀態(tài)下的假設(shè)，更加精確些。 3—9. 什么叫做鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的截面相對(duì)受壓區(qū)高度和相對(duì)界限受壓區(qū)高度ξb？ξb在正截面承載力計(jì)算中起什么作用？ξb取值與哪些因素有關(guān)？ 答：為了防止將構(gòu)件設(shè)計(jì)成超筋構(gòu)件，要求構(gòu)件截面的相對(duì)受壓區(qū)高度ξ不得超過(guò)其相對(duì)界限受壓區(qū)高度ξb即(4-11) 相對(duì)界限受壓區(qū)高度ξb是適筋構(gòu)件與超筋構(gòu)件相對(duì)受壓區(qū)高度的界限值，它需要根據(jù)截面平面變形等假定求出。下面分別推導(dǎo)有明顯屈服點(diǎn)鋼筋和無(wú)明顯屈服點(diǎn)鋼筋配筋受彎構(gòu)件相對(duì)界限受壓區(qū)高度ξb的計(jì)算公式。 有明顯屈服點(diǎn)鋼筋配筋的受彎構(gòu)件破壞時(shí)，受拉鋼筋的應(yīng)變等于鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy與鋼筋彈性量Es之比值，即ξs=fy/Es ，由受壓區(qū)邊緣混凝土的應(yīng)變?yōu)棣蝐u與受拉鋼筋應(yīng)變?chǔ)蝧的幾何關(guān)系（圖4-14）?？赏频闷湎鄬?duì)界限受壓區(qū)高度ξb的計(jì)算公式為： (4－12) 圖4-14 截面應(yīng)變分布 為了方便使用，對(duì)于常用的有明顯屈服點(diǎn)的HPB235、HRB335、HRB400和RRB400鋼筋，將其抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy和彈性模量Es代入式（4-12）中，可算得它們的相對(duì)界限受壓區(qū)高度ξb如表4-4所示，設(shè)計(jì)時(shí)可直接查用。當(dāng)ξ≤ξb時(shí)，受拉鋼筋必定屈服，為適筋構(gòu)件。當(dāng)ξ>ξb時(shí)，受拉鋼筋不屈服，為超筋構(gòu)件。 建筑工程受彎構(gòu)件有屈服點(diǎn)鋼筋配筋時(shí)的ξb值 表4-4 ≤C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80 HPB235 0.614 0.606 0.594 0.584 0.575 0.565 0.555 HRB335 0.550 0.541 0.531 0.522 0.512 0.503 0.493 HRB400 RRB400 0.518 0.508 0.499 0.490 0.481 0.472 0.463 圖4-15 無(wú)明顯屈服點(diǎn)鋼筋的應(yīng)力—應(yīng)變曲線(4－13) 式中 fy——無(wú)明顯屈服點(diǎn)鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； Es——無(wú)明顯屈服點(diǎn)鋼筋的彈性模量。 根據(jù)截面平面變形等假設(shè)，可以求得無(wú)明顯屈服點(diǎn)鋼筋受彎構(gòu)件相對(duì)界限受壓區(qū)高度ξb的計(jì)算公式為： (4－14) 截面相對(duì)受壓區(qū)高度ξ與截面配筋率ρ之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。ξb求出后，可以求出適筋受彎構(gòu)件截面最大配筋率的計(jì)算公式。由式（4-8）可寫(xiě)出：(4－15) (4－16) 式（4-16）即為受彎構(gòu)件最大配筋率的計(jì)算公式。為了使用上的方便起見(jiàn)，將常用的具有明顯屈服點(diǎn)鋼筋配筋的普通鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的最大配筋率ρmax列在表4-5中。 建筑工程受彎構(gòu)件的截面最大配筋率ρmax（%） 表4-5 鋼筋等級(jí) 混凝土的強(qiáng)度等級(jí) C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80 HPB235 2.10 2.81 3.48 4.18 4.88 5.58 6.19 6.75 7.23 7.62 8.01 8.36 8.64 8.92 HRB335 1.32 1.76 2.18 2.62 3.07 3.51 3.89 4.24 4.52 4.77 5.01 5.21 5.38 5.55 HRB400 RRB400 1.03 1.38 1.71 2.06 2.40 2.74 3.05 3.32 3.53 3.74 3.92 4.08 4.21 4.34 當(dāng)構(gòu)件按最大配筋率配筋時(shí)，由（4-9a）可以求出適筋受彎構(gòu)件所能承受的最大彎矩為： (4-17) 式中 αsb——截面最大的抵抗矩系數(shù)，αsb=ξb(1-ξb/2) 。 對(duì)于具有明顯屈服點(diǎn)鋼筋配筋的受彎構(gòu)件，其截面最大的抵抗矩系數(shù)見(jiàn)表4-6。 建筑工程受彎構(gòu)件截面最大的抵抗矩系數(shù)αsb 表4-6 鋼筋種類 ≤C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80 HPB235 0.4255 0.4224 0.4176 0.4135 0.4096 0.4054 0.4010 HRB335 0.3988 0.3947 0.3900 0.3858 0.3809 0.3765 0.3715 HRB400 RRB400 0.3838 0.3790 0.3745 0.3700 0.3653 0.3606 0.3558 由上面的討論可知，為了防止將構(gòu)件設(shè)計(jì)成超筋構(gòu)件，既可以用式（4-11）進(jìn)行控制，也可以用： (4-18) (4-19) 進(jìn)行控制。式（4-11 ）、式（4-18）和式（4-19）對(duì)應(yīng)于同一配筋和受力狀況，因而三者是等效的。 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)梁、板的配筋率為：實(shí)心板: ρ=0.4%~0.8%；矩形梁: ρ=0.6%~1.5%；T形梁: ρ=0.9%~1.8%時(shí)，構(gòu)件的用鋼量和造價(jià)都較經(jīng)濟(jì)，施工比較方便，受力性能也比較好。因此，常將梁、板的配筋率設(shè)計(jì)在上述范圍之內(nèi)。梁、板的上述配筋率稱為常用配筋率，也有人稱它們?yōu)榻?jīng)濟(jì)配筋率。 由于不考慮混凝土抵抗拉力的作用，因此，只要受壓區(qū)為矩形而受拉區(qū)為其它形狀的受彎構(gòu)件（如倒T形受彎構(gòu)件），均可按矩形截面計(jì)算。 3-10 在什么情況下可采用鋼筋混凝土雙筋截面梁? 為什么雙筋截面梁一定要采用封閉式箍筋？ 截面受壓區(qū)的鋼筋設(shè)計(jì)強(qiáng)度是如何確定的？ 答：當(dāng)截面承受的彎矩組合設(shè)計(jì)值Md較大，而截面尺寸收到使用條件限制或混凝土強(qiáng)度又不宜提高的情況下，又出現(xiàn)ξ>ξ b 而承載力不足時(shí)，則可改用雙筋截面。 若鋼筋剛度不足或箍筋間距過(guò)大，受壓鋼筋會(huì)過(guò)早向外側(cè)向凸出，反而會(huì)引起受壓鋼筋的混凝土保護(hù)層開(kāi)裂，使受壓區(qū)混凝土過(guò)早破壞，因此雙筋截面梁一定要采用封閉式箍筋。 <<公路橋規(guī)>>取受壓鋼筋應(yīng)變?chǔ)拧痵=0.002，這時(shí)對(duì)R235級(jí)鋼筋σ’s=ε’s *E’s=0.002*2.1*100000=420MPa>f’sk(=235MPa) 對(duì)HRB335. HRB400和KL400級(jí)鋼筋 σ’s=ε’s *E’s=0.002*2*100000=400MPa≧f’sk(=335MPa及400MPa) 3-11 3-12 3—13 什么叫T形梁受壓翼板的有效寬度？ 《公路橋規(guī)》對(duì)T形梁的受壓翼板有效寬度取值有何規(guī)定？ 答：在設(shè)計(jì)計(jì)算中，為了便于計(jì)算，根據(jù)等效受力原則，把與梁肋共同工作的翼板寬度限制在一定的范圍內(nèi)，稱為受壓翼板的有效寬度?！豆窐蛞?guī)》規(guī)定，T形截面梁的受壓翼板有效寬度用下列三者中最小值。 1）簡(jiǎn)支梁計(jì)算跨徑的1/3。對(duì)連續(xù)梁各中間跨正彎矩區(qū)段，取該跨計(jì)算跨徑的0.2倍；邊跨正彎矩區(qū)段，取該跨徑的0.27倍；各中間支點(diǎn)負(fù)彎矩區(qū)段，則取該支點(diǎn)相鄰兩跨計(jì)算跨徑之和的0.07倍。 2）相鄰兩梁的平均間距。b+2b(h)+12b’(f)。當(dāng)h(h)/b(h)<1/3時(shí)，取（b+6h(h)+h’(f)）。 3-14.在截面設(shè)計(jì)時(shí)，如何判別兩類T形截面？在截面復(fù)核時(shí)有如何判別？ 答：截面設(shè)計(jì)當(dāng)M小于或等于全部翼板高度hf一瞥時(shí)，屬于第一類T形截面，否則屬于第二類T形截面。截面復(fù)合時(shí)，鋼筋所承受的拉力小于等于全部受壓翼板高度hf一撇內(nèi)混凝土壓應(yīng)力合理，則x<=hf一撇，屬于第一類T形截面，否則屬于第二類T形截面。 第4章 受彎構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算 4-1 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件沿斜截面破壞的形態(tài)有幾種？各在什么情況下發(fā)生？ 答：破壞形態(tài)有：斜拉破壞，剪壓破壞，斜壓破壞。 斜拉破壞發(fā)生于剪跨比較大（m>3）情況下；剪壓破壞發(fā)生于1<=m<=3的情況下；斜壓破壞發(fā)生于剪跨比較?。╩<1）的情況下。 4-2 影響鋼筋混凝土受彎構(gòu)件斜截面抗彎能力的主要因素有哪些？ 答：影響有腹筋梁斜截面抗彎能力的主要因素有剪跨比、混凝土強(qiáng)度、縱向受拉鋼筋配筋率和箍筋數(shù)量及強(qiáng)度等。 4-3 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件斜截面抗彎承載力基本公式的適用范圍是什么？公式的上下限值物理意義的什么？ 答：在進(jìn)行晚期鋼筋布置時(shí)，為滿足斜截面抗彎強(qiáng)度的要求，彎起鋼筋的彎起點(diǎn)位置應(yīng)設(shè)在按正截面抗彎承載力計(jì)算該鋼筋的強(qiáng)度全部被利用的截面以外，其距離不小于0.5h0. 上限值---截面最小尺寸；下限值---按構(gòu)造要求配置箍筋。 4-4 為什么把圖4-12稱為“腹筋初步設(shè)計(jì)計(jì)算圖”？ 答：考慮到梁支座處的支承反力較大以及縱向受拉鋼筋的錨固要求，《公路橋規(guī)》規(guī)定，在鋼筋混凝土梁的支點(diǎn)處，應(yīng)至少有兩根并且不少于總數(shù)1/5的下層受拉主鋼筋通過(guò)。就是說(shuō)，這部分縱向受拉鋼筋不能在梁間彎起，而其余的縱向受拉鋼筋可以在滿足規(guī)范要求的條件下彎起。根據(jù)梁斜截面抗剪要求，所需的第i排彎起鋼筋的截面面積，要根據(jù)圖4-12分配的、應(yīng)由第i排彎起鋼筋承擔(dān)的計(jì)算剪力值來(lái)決定?！豆窐蛞?guī)》還規(guī)定：取離支點(diǎn)中心線梁高一半處的剪力設(shè)計(jì)值；其中不少于60%由混凝土和箍筋共同承擔(dān)；不超過(guò)40%由彎起鋼筋（按45角彎起）承擔(dān)，并且用水平線將剪力設(shè)計(jì)值包絡(luò)圖分割。 4-5 試解釋下列術(shù)語(yǔ)： 剪跨比：剪跨比是一個(gè)無(wú)量綱常數(shù)，用m=M/Vho表示，此處M和V分別為剪壓區(qū)段的某個(gè)豎直截面的彎矩和剪力。 配筋率：用配筋率是鋼筋混凝土構(gòu)件中縱向受力（拉或壓）鋼筋的面積與構(gòu)件的有效面積之比（軸心受壓構(gòu)件為全截面的面積）。 剪壓破壞：剪壓破壞衡量的是受彎構(gòu)件斜截面承載能力。在這種破壞形態(tài)中，先出現(xiàn)垂直裂縫和幾條微細(xì)的斜裂縫，當(dāng)荷載增大到一定程度時(shí)，其中一條形成臨界斜裂縫，這條臨界斜裂縫雖向斜上方延伸，但仍保留一定的剪壓區(qū)混凝土截面而不裂通，直到斜裂縫頂端壓區(qū)的混凝土在剪應(yīng)力和壓應(yīng)力共同作用下被壓碎而破壞。其特點(diǎn)是破壞過(guò)程比較緩慢，破壞荷載明顯高于斜裂縫出現(xiàn)時(shí)的荷載。剪壓破壞的形成主要與箍筋的布置有關(guān)。 斜截面投影長(zhǎng)度：斜截面投影長(zhǎng)度L是自縱向鋼筋與斜裂縫底端相交點(diǎn)至斜裂縫頂端距離的水平投影長(zhǎng)度，其大小與有效高度ho和剪跨比有關(guān)。 充分利用點(diǎn)：鋼筋強(qiáng)度被充分利用的點(diǎn)。 不需要點(diǎn)：鋼筋的強(qiáng)度不被需要的點(diǎn)。 彎矩包絡(luò)圖：彎矩包絡(luò)圖是沿梁長(zhǎng)度各截面上彎矩組合設(shè)計(jì)值Md的分布圖，其縱坐標(biāo)表示截面上作用的最大設(shè)計(jì)彎矩。 抵抗彎矩圖：又稱材料圖，就是沿梁長(zhǎng)度各個(gè)截面按實(shí)際配置的總受拉鋼筋面積能產(chǎn)生的抵抗彎矩圖即表示各正截面所具有的抗彎承載力。 4-6 鋼筋混凝土抗剪承載力復(fù)核時(shí)，如何選擇復(fù)核截面？ 答：《公路橋規(guī)》規(guī)定，在進(jìn)行鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁斜截面抗剪承載力復(fù)合時(shí)，其復(fù)合位置應(yīng)按照下列規(guī)定選?。? （1）距支座中心h/2（梁高一半）處的截面； （2）受拉區(qū)彎起鋼筋彎起處的截面，以及錨于受拉區(qū)的縱向鋼筋開(kāi)始不受力處的截面； （3）鋼筋數(shù)量或間距有改變處的截面； （4）梁的肋板寬度改變處的截面。 4-7 試述縱向鋼筋在支座處錨固有哪些規(guī)定？ 答：為了防止鋼筋被拔出而破壞，《公路橋規(guī)》規(guī)定：1）在鋼筋混凝土梁的支點(diǎn)處，應(yīng)至少有兩根且不少于總數(shù)1/5的下層受拉主鋼筋通過(guò)。2）底層兩外側(cè)之間不向上彎曲的受拉主筋，伸出支點(diǎn)截面以外的長(zhǎng)度應(yīng)不小于10d（R235鋼筋應(yīng)帶半圓鉤）；對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂涂層鋼筋應(yīng)不小于12.5d，d為受控主筋直徑。 4-8 鋼筋混凝土連續(xù)梁斜截面破壞有哪些特點(diǎn)？ 答： 在承受集中荷載的連續(xù)梁中，斜截面的剪壓破壞特點(diǎn)與簡(jiǎn)支梁有明顯不同。在剪跨比適中的連續(xù)梁中，當(dāng)荷載增加到一定程度時(shí)，將首先在正，負(fù)彎矩較大的區(qū)段內(nèi)出現(xiàn)垂直裂縫。隨著荷載的增大，在反彎點(diǎn)兩側(cè)將分別出現(xiàn)一條剪彎斜裂縫，并可能成為最終發(fā)生剪切破壞的臨界斜裂縫。這兩條斜裂縫幾乎相互平行，分別指向支座和荷載作用點(diǎn)。 第5章 受扭構(gòu)件承載力計(jì)算 5-1 鋼筋混凝土純扭構(gòu)件有哪幾種破壞形式？鋼筋配置量是如何影響純扭構(gòu)件的破壞形式？ 答：破壞形式：1）少筋破壞；2）多筋破壞；3）超筋破壞；4）部分超筋破壞。 少筋破壞：當(dāng)抗扭鋼筋數(shù)量過(guò)少時(shí)，在構(gòu)件受扭開(kāi)裂后，由于鋼筋沒(méi)有足夠的能力承受混凝土開(kāi)裂后卸給它的那部分扭矩，因而構(gòu)件立即破壞，其破壞性質(zhì)與素混凝土構(gòu)件無(wú)異。 適筋破壞：在正常配筋條件下，隨著外扭矩的不斷增加，抗扭箍筋和縱筋首先達(dá)到屈服強(qiáng)度，然后主裂縫迅速開(kāi)展，最后促使混凝土受壓面被壓碎，構(gòu)件破壞。 超筋破壞：抗扭鋼筋配置過(guò)多或混凝土強(qiáng)度過(guò)低時(shí)，隨著外扭矩的增加，構(gòu)件混凝土先被壓碎，從而導(dǎo)致構(gòu)件破壞，而此時(shí)抗扭箍筋和縱筋還均未達(dá)到屈服強(qiáng)度。 部分超筋破壞：當(dāng)抗扭縱.箍筋中的一種配置過(guò)多時(shí)，構(gòu)件破壞時(shí)只有部分縱筋或箍筋屈服，而另一部分尚未達(dá)到屈服強(qiáng)度。 5-2 受扭構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，怎樣避免出現(xiàn)少筋構(gòu)件和完全超筋構(gòu)件?什么情況下可不進(jìn)行剪、扭承載力計(jì)算而僅按構(gòu)造配置抗剪、扭鋼筋? 答：1）抗扭配筋的上限值。當(dāng)抗扭鋼筋配量過(guò)多時(shí)，受扭構(gòu)件可能在抗扭鋼筋屈服以前便由于混凝土被壓碎而破壞。這時(shí)，即使進(jìn)一步增加鋼筋，構(gòu)件所能承擔(dān)的破壞扭矩幾乎不在增長(zhǎng)，也就是說(shuō)，其破壞扭矩取決于混凝土的強(qiáng)度和截面尺寸。因此，《公路橋規(guī)》規(guī)定鋼筋混凝土矩形截面純扭構(gòu)件的截面尺寸應(yīng)符合式（5-18）要求： （） (5-18) 式中 ——扭矩組合設(shè)計(jì)值（）; ——矩形截面受扭塑性抵抗矩（）; ——混凝土立方體剛壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）。 2）抗扭配筋的下限值 當(dāng)抗扭配筋配置過(guò)少或過(guò)稀時(shí)，配筋將無(wú)助于開(kāi)裂后構(gòu)件的抗扭能力，因此，為防止純扭構(gòu)件在低配筋時(shí)混凝土發(fā)生脆斷，應(yīng)使配筋純扭構(gòu)件所承擔(dān)的扭矩不小于其抗裂扭矩?！豆窐蛞?guī)》規(guī)定鋼筋混凝土純扭構(gòu)件滿足（5-19）要求時(shí)，可不進(jìn)行抗扭承載力計(jì)算，但必須按構(gòu)造要求（最小配筋率）配置抗扭鋼筋： () (5-19) 式中的為混凝土剛拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，其余符號(hào)意義與式（5-18）相同。 《公路橋規(guī)》規(guī)定，純扭構(gòu)件的箍筋配筋率應(yīng)滿足： （5-20） 縱向受力鋼筋配筋率應(yīng)滿足： （5-21） 式中符號(hào)意義與式（5-13）相同 5-3 受彎、剪、扭共同作用的構(gòu)件箍筋和縱筋最小配筋率在《公路橋規(guī)》中是如何規(guī)定的？ 答：縱筋受力鋼筋的配筋率不應(yīng)小于受彎構(gòu)件縱向受力鋼筋最小配筋率與受剪扭構(gòu)件縱向受力鋼筋最小配筋率之和，如配置在截面彎曲受拉邊的縱向受力鋼筋，其截面面積不應(yīng)小于按受彎構(gòu)件受拉鋼筋最小配筋率計(jì)算出的面積與按受扭縱向鋼筋最小配筋計(jì)算并分配到彎曲受拉邊的面積之和。同時(shí)，其箍筋最小配筋率不應(yīng)小于剪扭構(gòu)件的箍筋最小配筋率。 第6章 軸心受壓構(gòu)件的正截面承載力計(jì)算 6-1 配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓短柱與長(zhǎng)柱的破壞形態(tài)有何不同？什么叫做長(zhǎng)柱的穩(wěn)定系數(shù)φ？影響穩(wěn)定系數(shù)φ的主要因素有哪些？ 答：1）短柱是受壓破壞，長(zhǎng)柱則是失穩(wěn)破壞，長(zhǎng)柱的承載力要小于相同截面、配筋、材料的短柱承載力。 2）穩(wěn)定系數(shù)φ就是長(zhǎng)柱失穩(wěn)破壞時(shí)的臨界承載力PL與短柱壓壞時(shí)的軸心力PS的比值，表示長(zhǎng)柱承載力降低的程度。 3）穩(wěn)定系數(shù)φ主要與構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比有關(guān)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)及配筋率ρ對(duì)其影響較小 6-2 對(duì)于軸心受壓普通箍筋柱，《公路橋規(guī)》為什么規(guī)定縱向受壓鋼筋的最大配筋率和最小配筋率？對(duì)于縱向鋼筋在截面上的布置一級(jí)復(fù)合箍筋設(shè)置，《公路橋規(guī)》有什么規(guī)定？ 答：（1）若縱向鋼筋配筋率很小時(shí)，縱筋對(duì)構(gòu)件承載力影響很小，此時(shí)接近混泥土柱，徐變使混泥土的應(yīng)力降低得很小，縱筋將起不到防止脆性破壞的作用同時(shí)為了承受可能存在的較小彎矩以及混泥土收縮溫度變化引起的拉應(yīng)力。 若縱筋配筋率很大會(huì)造成浪費(fèi)。 （2）《公路橋規(guī)》將位于箍筋折角處的縱向鋼筋定義為角筋，沿箍筋設(shè)置的縱向鋼筋離角筋間距S不小于150mm或15倍箍筋直徑（取較大者）范圍內(nèi)，若超過(guò)此范圍內(nèi)設(shè)置縱向受力鋼筋應(yīng)設(shè)復(fù)合鋼筋。 第7章 偏心受壓構(gòu)件的正截面承載力計(jì)算 7-1鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件截面形式與縱向鋼筋布置有什么特點(diǎn)？ 答：截面形式主要有矩形截面，工字型截面，箱型截面，圓形截面等。其中矩形截面最為常見(jiàn)，截面高度h大于600mm的偏心受壓構(gòu)件多采用工字型或箱型截面，圓截面主要用于柱式墩臺(tái)、樁基礎(chǔ)中。 縱向受力鋼筋在截面中最常見(jiàn)的配置方式是將縱向鋼筋集中放置在偏心方向的兩對(duì)面，其數(shù)量通過(guò)正截面承載力計(jì)算確定。對(duì)于圓形截面，則采用沿截面周邊均勻配筋的方式。 7-2簡(jiǎn)述鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件的破壞形態(tài)和破壞類型。 答：鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件隨著偏心距的大小及縱向鋼筋配筋情況不同，有以下兩種主要破壞形態(tài)。 1）受拉破壞---大偏心受壓破壞。在相對(duì)偏心距e0/h較大，且受拉鋼筋配置得不太多時(shí)，會(huì)發(fā)生這中破壞形態(tài)。 2）受壓破壞---小偏心受壓破壞。小偏心受壓就是壓力N的初始偏心距e0較小的情況。 偏心受壓構(gòu)件的破壞類型：鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件按長(zhǎng)細(xì)比可分為短柱，長(zhǎng)柱和細(xì)長(zhǎng)柱。 1）短柱。隨著荷載的增大，當(dāng)短柱達(dá)到極限承載能力時(shí)，柱的截面由于材料達(dá)到其極限強(qiáng)度而破壞。 2）長(zhǎng)柱。實(shí)際偏心距是隨荷載的增大而非線性增加，構(gòu)件控制截面最終仍然是由于截面中材料達(dá)到其強(qiáng)度極限而破壞，屬材料破壞。 3）細(xì)長(zhǎng)柱。當(dāng)偏心壓力N達(dá)到最大值時(shí)，側(cè)向變形u突然劇增，此時(shí)，偏心受壓構(gòu)件截面上鋼筋和混凝土的應(yīng)變均為達(dá)到材料破壞時(shí)的極限值，即壓桿達(dá)到最大承載能力是發(fā)生在其控制截面材料強(qiáng)度還未達(dá)到其破壞強(qiáng)度，這種破壞類型稱為失穩(wěn)破壞。 7-3由式（7-2），偏心距增大系數(shù)與哪些因素有關(guān)？ 7-4鋼筋混凝土矩形截面（非對(duì)稱配筋）偏心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)和截面復(fù)核中，如何判斷是大偏心受壓還是小偏心受壓？ 7-5 試根據(jù)7.3.2節(jié)的內(nèi)容，寫(xiě)出矩形截面信心受壓構(gòu)件非對(duì)稱配筋的計(jì)算流程圖和截面復(fù)核的計(jì)算流程圖。 答：不對(duì)稱配筋矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面計(jì)算和截面復(fù)核。 （一）偏心距增大系數(shù)的計(jì)算公式 (1-4) (1-5) (1-6) 式中 _____軸向力對(duì)截面重心的偏心距，e0=M/N；在公式e0＜h/30時(shí)， 取e0=h/30； _____構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度， _____截面高度； _____截面有效高度； A_____構(gòu)件的截面面積； ______截面應(yīng)變對(duì)截面曲率的影響系數(shù)，當(dāng)＞1時(shí)，取=1； _____構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比對(duì)截面曲率的影響系數(shù)，當(dāng)l0/h≤15時(shí)，取=1。 對(duì)于l0/h≤8的矩形截面短柱，可不考慮縱向彎曲的影響，取=1；對(duì)于l0/h＞30的細(xì)長(zhǎng)柱，式(1-4)不再適用，其縱向彎曲問(wèn)題應(yīng)專門研究。 （二）截面設(shè)計(jì) 1、大偏心受壓構(gòu)件 （1）基本公式 (1-8) (1-9) 式中 N_____軸向力設(shè)計(jì)值； _____結(jié)構(gòu)系數(shù)； x_____混凝土受壓區(qū)高度； e_____軸向壓力作用點(diǎn)至縱向受拉鋼筋合力點(diǎn)之間的距離。 （2）適用條件：1）為了保證構(gòu)件在破壞時(shí)，受拉鋼筋應(yīng)力能達(dá)到抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy，必須滿足：；2）為了保證構(gòu)件在破壞時(shí)，受壓鋼筋應(yīng)力能達(dá)到抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，必須滿足：。 （4）大偏心受壓構(gòu)件的計(jì)算 1）判別大、小偏心受壓 ；在公式e0＜h/30時(shí)， 取e0=h/30； (1-4) (1-5) (1-6) _____截面應(yīng)變對(duì)截面曲率的影響系數(shù)，當(dāng)＞1時(shí)，取=1； _____構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比對(duì)截面曲率的影響系數(shù)，當(dāng)l0/h≤15時(shí)，取=1。 對(duì)于l0/h≤8的矩形截面短柱，可不考慮縱向彎曲的影響，取=1； 當(dāng)＞0.3h0時(shí)，可按大偏心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)： 當(dāng)時(shí)，可按小偏心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。 3）As和均未知?；竟街杏腥齻€(gè)未知數(shù)，即As、、，故無(wú)唯一解。為使總配筋面積(As+)最小，應(yīng)充分利用受壓區(qū)混凝土承受壓力，也就是應(yīng)使受壓區(qū)高度盡可能大，可取，代入(1-9)式可得 (1-11) 若求得的≥代入式(1-8)可得 (1-12) 若由式（1-11）計(jì)算出的，則按配筋。此時(shí)，為已知，按第3）計(jì)算As。 3）為已知。此時(shí)基本公式有兩個(gè)未知數(shù)，即As和x，計(jì)算： (1-9) 4）當(dāng)時(shí)，計(jì)算： (1-8) 若，需按配置受拉鋼筋 5）當(dāng)時(shí)，應(yīng)加大構(gòu)件截面尺寸或按未知的情形重新計(jì)算。 6）當(dāng)時(shí)，計(jì)算：近似取x=則 (1-14) 式中 ___軸向壓力作用點(diǎn)至鋼筋合力點(diǎn)之間的距離 (1-15) 若求出的受拉鋼筋，需按配置受拉鋼筋。 2．小偏心受壓構(gòu)件 （1）基本公式 (1-16) (1-17) （2）小偏心受壓構(gòu)件的計(jì)算 1）判別大、小偏心受壓。 計(jì)算，是否考慮縱向彎曲的影響； 在公式＜h/30時(shí)， 取e0=h/30；＞時(shí)，按實(shí)際偏心距計(jì)算 _____截面應(yīng)變對(duì)截面曲率的影響系數(shù)，當(dāng)＞1時(shí)，取=1； _____構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比對(duì)截面曲率的影響系數(shù)，當(dāng)l0/h≤15時(shí)，取=1。 對(duì)于l0/h≤8的矩形截面短柱，可不考慮縱向彎曲的影響，取=1； 當(dāng)＞0.3h0時(shí)，可按大偏心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)； 當(dāng)時(shí)，可按小偏心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。 屬于小偏心受壓破壞： 2）配筋計(jì)算 按構(gòu)造要求配置：，選配鋼筋A(yù)s 將As、的計(jì)算公式和代入式(5-16)和(5-17)；聯(lián)立求解可計(jì)算出值。 a）當(dāng)時(shí)，將代入式(5-17)求出。 b）當(dāng)時(shí)，取 (，)，并取，代入式(1-16)和式(1-17)求出As和值，As和必須滿足最小配筋率的要求。 3）垂直于彎矩作用平面的承載力復(fù)核 計(jì)算，查表1-10得。 4）當(dāng)軸向力偏心距很小，且軸向力又比較大時(shí)，全截面受壓，遠(yuǎn)離軸向力一側(cè)面的如果配置的太少，該側(cè)混凝土可能先達(dá)到極限壓應(yīng)變而破壞。為防止此種情況發(fā)生，對(duì)合力點(diǎn)取力矩平衡求得As，這時(shí)取，，可得 (1-18) 式中 h0 縱向鋼筋合力點(diǎn)距軸向力較遠(yuǎn)一側(cè)截面邊緣的距離，。 則 (1-19) ，此時(shí)為偏于安全，計(jì)算時(shí)，取。 7-10與非對(duì)稱布筋的矩形截面偏心受壓構(gòu)件相比，對(duì)稱布筋設(shè)計(jì)時(shí)的大小偏心受壓的判別方法有何不同之處？ 答：假定為大偏心受壓，由于是對(duì)稱配筋。AS=AS，fsd=f’sd,相當(dāng)于補(bǔ)充了一個(gè)設(shè)計(jì)條件。現(xiàn)令軸向力計(jì)算值N=γ0Nd,則得到N=fcdbx,以x=ζh0代入上式，整理得到ζ=N／fcdbh0 當(dāng)計(jì)算的ζ≤ζb時(shí)，按大偏心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)；當(dāng)ζ＞ζb時(shí)，按小偏心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。 7-11 7-12 7-13圓形截面偏心受壓構(gòu)件的縱向受力鋼筋布置有何特點(diǎn)和要求？箍筋布置有何構(gòu)造要求？能不能誰(shuí)設(shè)計(jì)為類似于第6.2節(jié)介紹的螺旋箍筋受壓固件？為什么？ 答：在鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)建的截面上，布置有縱向受力鋼筋和箍筋?？v向受力鋼筋在截面中最常見(jiàn)的配置方式是將縱向鋼筋集中放置在偏心方向的兩對(duì)面，其數(shù)量通過(guò)正截面承載力計(jì)算確定。對(duì)于圓形截面，則采用沿截面周邊均勻配筋方式。箍筋的作用與軸心受壓構(gòu)件中普通箍筋的作用基本相同。此外，偏心受壓構(gòu)件中還存在著一定的剪力，可由箍筋負(fù)擔(dān)。但因剪力的數(shù)值一般較小，故一般不予計(jì)算。箍筋數(shù)量及間距按普通箍筋柱的構(gòu)造要求確定。 不能，當(dāng)軸心受壓構(gòu)件承受很大的軸向壓力，而截面尺寸又受到限制，或采用普通箍筋柱，即使提高了混凝土強(qiáng)度等級(jí)和增加了縱向鋼筋用量也不足以承受該軸向壓力時(shí)，可以考慮采用螺旋箍筋柱以提高柱的承載力。 第9章 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的應(yīng)力裂縫和變形計(jì)算 9-1 對(duì)于鋼筋混凝土構(gòu)件，為什么《公路橋規(guī)》規(guī)定必須進(jìn)行持久狀況正常使用極限狀態(tài)計(jì)算和短暫狀況應(yīng)力計(jì)算？與持久狀況承載能力極限狀態(tài)計(jì)算有何不同之處？ 答：鋼筋混凝土構(gòu)件除了可能由于材料強(qiáng)度破壞或失穩(wěn)等原因達(dá)到承載能力極限狀態(tài)以外，還可能由于構(gòu)件變形或裂縫過(guò)大影響了構(gòu)件的適用性及耐久性，而達(dá)不到結(jié)構(gòu)正常使用要求。1）鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的承載能力極限狀態(tài)是取構(gòu)件破壞階段。2）在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)中，其承載力計(jì)算決定了構(gòu)件設(shè)計(jì)尺寸、材料、配筋數(shù)量及鋼筋布置，以保證截面承載能力要大于最不利荷載效應(yīng)，計(jì)算內(nèi)容分為截面設(shè)計(jì)和截面復(fù)核兩部分。使用階段計(jì)算是按照構(gòu)件使用條件對(duì)已設(shè)計(jì)的構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，以保證在正常使用狀態(tài)下的裂縫寬度和變形小于規(guī)范規(guī)定的各項(xiàng)限值，這種計(jì)算稱為“驗(yàn)算”。當(dāng)構(gòu)件驗(yàn)算不滿足要求時(shí)，必須按照承載能力極限狀態(tài)要求對(duì)已設(shè)計(jì)好的構(gòu)件進(jìn)行修正、調(diào)整，直至滿足兩種極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)要求。3）承載能力極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)汽車荷載應(yīng)計(jì)入沖擊系數(shù)，作用（或荷載）效應(yīng)及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力均應(yīng)采用考慮了分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)值；在多種作用（或荷載）效應(yīng)情況下，應(yīng)將各效應(yīng)設(shè)計(jì)值進(jìn)行最不利組合，并根據(jù)參與組合的作用（或荷載）效應(yīng)情況，取用不同的效應(yīng)組合系數(shù)。 正常使用極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)作用（或荷載）效應(yīng)應(yīng)取用短期效應(yīng)的長(zhǎng)期效應(yīng)得一種或兩種組合，并且《公路橋規(guī)》明確規(guī)定這時(shí)汽車荷載可不計(jì)入沖擊系數(shù)。 9-2什么是鋼筋混凝土構(gòu)件的換算截面？將鋼筋混凝土開(kāi)裂截面化為等效的換算截面基本前提是什么？ 答：將鋼筋和受壓區(qū)混凝土兩種材料組成的實(shí)際截面換算成一種拉壓性能相同的假象材料組成的均質(zhì)截面，即將實(shí)際截面可以看作是由均質(zhì)彈性材料組成的截面，即為換算截面。 基本前提：1）平截面假定，即認(rèn)為梁的正截面在梁受力并發(fā)生彎曲變形后，仍保持平面；2）彈性體假定，受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力與平均應(yīng)變成正比；3）受拉區(qū)混凝土完全不能承受拉應(yīng)力。拉應(yīng)力完全由鋼筋承受。 9-3引起鋼筋混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的主要因素有哪些？ 答：主要因素有：鋼筋應(yīng)力，鋼筋直徑，配筋率，保護(hù)層厚度，鋼筋外形，荷載作用性質(zhì)（短期，長(zhǎng)期，重復(fù)作用），構(gòu)件受力性質(zhì)（受彎，受拉，偏心受拉等）。 9-4影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素有哪些？混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮哪些問(wèn)題？ 答：影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素主要有內(nèi)部和外部因素兩個(gè)方面。內(nèi)部因素主要有混凝土的強(qiáng)度、滲透性、保護(hù)層厚度、水泥品種、等級(jí)和用量、外加劑用量等；外部條件則有環(huán)境溫度、濕度、CO2含量等。混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)主要考慮環(huán)境類別和設(shè)計(jì)年限。 第10章 局部承壓 10-1什么叫混凝土構(gòu)件的局部受壓？說(shuō)明符號(hào)β、βcor、Ab、Al、Acor、Aln的意義。 答：局部受壓就是構(gòu)件的表面上僅有部分面積承受壓力的受力狀態(tài)。β：混凝土局部承壓提高系數(shù)（混凝土局部承壓強(qiáng)度與混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度之比）；βcor：配置間接鋼筋的混凝土局部承壓提高系數(shù)；Ab：局部承壓的計(jì)算底面積；Al：局部承壓面積（考慮鋼墊板中按45剛性角擴(kuò)大的面積），當(dāng)有孔道時(shí)（對(duì)圓形承壓面積而言）不扣除孔道面積；Acor：方格網(wǎng)間接鋼筋內(nèi)表面范圍的混凝土核心面積，其重心和Al的重心重合，計(jì)算式按同心、對(duì)稱原則取值；Aln：當(dāng)局部受壓面有孔洞時(shí)，扣除孔洞后的混凝土局部受壓面積（計(jì)入鋼墊板中按45剛性角擴(kuò)大的面積），即為局部承壓面積減去孔洞的面積。 10-2 局部承壓區(qū)段混凝土內(nèi)設(shè)置間接鋼筋的作用是什么？常用的間接鋼筋有哪幾種配筋形式？ 答：1）在實(shí)際工程中，遇到混凝土局部承壓時(shí)，一般都要求在局部承壓區(qū)內(nèi)配置間接鋼筋。大量試驗(yàn)證明，這樣的配筋措施能使局部承壓的抗裂性和極限承載能力有顯著提高。2）配置間接鋼筋可采用方格鋼筋網(wǎng)或螺旋式鋼筋兩種形式。 10-3.對(duì)局部承壓的計(jì)算包括哪些計(jì)算內(nèi)容？ 答：包括兩個(gè)內(nèi)容：1）局部承壓區(qū)的承載力計(jì)算；2）局部承壓區(qū)的抗裂性計(jì)算。鋼筋混凝土雙截面梁在正截面受彎構(gòu)建承載力計(jì)算公式適用條件； 1）為防止出現(xiàn)超筋梁情況，計(jì)算受壓區(qū)高度X應(yīng)滿足；x≤ζbh0 2）為了保證受壓鋼筋A(yù)s‘達(dá)到抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fsd’計(jì)算受壓區(qū)高度x應(yīng)滿足； x≥2as‘ 第12章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及其材料 12-1 何謂預(yù)應(yīng)力混凝土？為什么要對(duì)構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力？預(yù)應(yīng)力混凝土的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？其基本原理是什么？ 答：何謂預(yù)應(yīng)力混凝土，就是事先人為地在混凝土或鋼筋混凝土中引入內(nèi)部應(yīng)力，且其數(shù)值和分布恰好能將使用荷載產(chǎn)生的應(yīng)力抵消到一個(gè)合適程度的配筋混凝土。 對(duì)構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力，能有利于抵消使用荷載作用下產(chǎn)生的拉應(yīng)力，因而使混凝土構(gòu)件在使用荷載作用下不致開(kāi)裂，或推遲開(kāi)裂，或者使裂縫寬度減小。 預(yù)應(yīng)力混凝土的主要優(yōu)點(diǎn)：1）提高了構(gòu)件的抗裂度和剛度；2）可以節(jié)約材料，降低造價(jià)，減少自重；3）可以減小混凝土梁的豎向剪力和主拉應(yīng)力；4）結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全可靠；5）預(yù)應(yīng)力還可以作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接的手段，促進(jìn)了橋梁結(jié)構(gòu)新體系與施工方法的發(fā)展。 預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理：結(jié)構(gòu)在承受外荷載以前，預(yù)先采用人為的方法，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成一種應(yīng)力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)在使用階段產(chǎn)生拉應(yīng)力的區(qū)域先受到壓應(yīng)力，這項(xiàng)壓應(yīng)力將與使用階段荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力抵銷一部分或全部，從而推遲裂縫的出現(xiàn)，限制裂縫的展開(kāi)，提高結(jié)構(gòu)的剛度。 12-2 什么是預(yù)應(yīng)力度？《公路橋規(guī)》對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件如何分類？ 答：《公路橋規(guī)》將受彎構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力度（λ）定義為由預(yù)應(yīng)力大小確定的消壓彎矩Mo與外荷載產(chǎn)生的彎矩Ms的比值，即 λ=Mo/Ms。 《公路橋規(guī)》預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件分為全預(yù)應(yīng)力混凝土和部分預(yù)應(yīng)力混凝土。《公路橋規(guī)》又將在作用短期效應(yīng)組合下控制的正截面受拉邊緣允許出現(xiàn)拉應(yīng)力的部分預(yù)應(yīng)力混凝土分為兩類。A類：當(dāng)對(duì)構(gòu)件控制截面受拉邊緣的拉應(yīng)力加以限制時(shí)，為A